电大 电大计算机网络复习资料章节7 9.docx

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电大电大计算机网络复习资料章节79

数据链路层的基本概念

v数据链路层的基本服务是把源主机网络层的数据以帧为单位，透明、无差错地传输给目的主机的网络层

v数据链路层将本质上不可靠的传输介质变成可靠的传输通路提供给网络层

v数据链路层像个数字管道，单位为帧

链路层的功能

（1）链路管理

（2）帧同步

（3）流量控制

（4）差错控制

（5）区分数据与控制信息

（6）MAC寻址

（7）透明传输

链路层提供的服务

v数据链路层的设计目标就是为网络层提供各种服务。

v数据链路层为网络层提供的服务

⏹无确认的无连接服

⏹有确认的无连接服务

⏹有确认的面向连接服务

局域网的定义

⏹局域网（LocalAreaNetwork,LAN）是将范围较小的计算机及其控制的外部设备，通过通信设备和线路连接起来，在网络操作系统的控制下，按照通信协议进行信息交换，实现资源共享的系统化的计算机网络。

局域网的主要技术特点

（1）有限的地理范围。

（2）高数据传输速率

（3）误码率低。

（4）延迟小。

（5）局域网通常采用共享介质、广播通信的方式传输数据。

（6）局域网建设价格低廉，结构简单，便于维护，容易实现。

局域网的分类

v按网络的拓扑结构分

v按线路中传输的信号形式分

v按网络的传输介质分

v按网络的传输介质访问控制方式分

局域网层次结构及模型

vIEEE802局域网参考模型对应OSI参考模型的物理层和数据链路层两层的功能。

v数据链路层划分为两个子层：

逻辑链路控制子层（LLC）和介质访问控制子层（MAC）

IEEE802局域网的物理层

v物理层主要实现比特流的传输与接收以及数据的同步控制

vIEEE802物理层的规范如下：

⏹采用基带信号传输。

⏹数据编码采用曼彻斯特编码。

⏹传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤和无线。

⏹拓扑结构可以是总线型、星型、环形和树型。

⏹传输速率有10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s等

IEEE802局域网的介质访问控制子层（MAC）

vMAC子层的主要功能

⏹进行合理的信道分配，解决信道的竞争问题

⏹完成介质访问控制功能，为竞争的用户分配信道使用权；

⏹数据帧的封装/卸装；

⏹帧的寻址和识别；

⏹比特的差错控制

vMAC子层为不同的物理介质定义了不同的介质访问控制标准。

⏹IEEE802.3的带冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）

⏹IEEE802.4的令牌总线（TokenBus）

⏹IEEE802.5的令牌环（TokenRing）

⏹IEEE802.11无线局域网的介质访问控制协议等。

v介质访问控制标准决定了局域网的主要性能，它对局域网的响应时间、吞吐量和网络利用率都有十分重要的影响。

IEEE802局域网的逻辑链路控制子层（LLC）

vLLC子层的作用

⏹在MAC子层提供的介质访问控制方法和物理层提供的比特服务的基础上，将不可靠的信道处理为可靠的信道，确保数据帧的正确传输。

⏹LLC子层的具体功能包括：

•建立和释放数据链路层的逻辑连接

•屏蔽MAC子层的差异，提供与高层的接口

•实现差错控制和确认

•数据流量控制和发送顺序控制等功能

vLLC子层为网络高层提供两种类型的服务

⏹面向连接的服务

⏹无连接的服务。

IEEE802标准系列

vIEEE802委员会成立于1980年2月，它的任务是制定局域网的国际标准。

vIEEE802标准包含以下部分：

⏹802.1局域网概述，体系结构，网络管理和性能测量等；

⏹802.2逻辑链路控制协议；

⏹802.3总线网介质访问控制协议CSMA/CD及物理层技术规范；

⏹802.4令牌总线网介质访问控制协议及其物理层技术规范；

⏹802.5令牌环网介质访问控制协议及其物理层技术规范；

⏹802.6城域网（MAN）介质访问控制协议DQDB及其物理层技术规范；

⏹802.7宽带技术咨询组，为其他分委员会提供宽带网络技术的建议；

⏹802.8光纤技术咨询组，为其他分委员会提供光纤网络技术的建议；

⏹802.9综合话音/数据局域网（IVD）的介质访问控制协议及其物理层技术规范；

⏹802.10局域网安全技术标准；

⏹802.11无线局域网的介质访问控制协议及其物理层技术规范；

⏹802.12100Mb/s高速以太网按需优先的介质访问控制协议100VG-ANYLAN。

局域网的连接设备

v网络适配器（NIC）

v中继器（REPEATER）

v集线器（Hub）

v以太网交换机（EthernetSwitch）

网络适配器（NIC）组成

⏹物理层和数据链路层

⏹MAC地址

⏹CSMA/CD

⏹曼彻斯特编译

⏹隔离变压器

网络适配器（NIC）

⏹网络适配器又称网卡或网络接口卡（NetworkInterfaceCard，NIC）。

⏹网络适配器的主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。

⏹网络适配器属于物理层、数据链路层的设备。

⏹网络适配器的基本功能为：

数据转换与数据缓存。

⏹网络适配器的种类：

⏹根据网络适配器所支持带宽的不同可分为：

10M、100M、10/100M自适应、1000M等几种带宽的网络适配器；

⏹根据网络适配器总线类型的不同，主要分为：

ISA、EISA、PCI、PCMCIA四种总线类型的网络适配器；

⏹根据网卡的电气接口类型不同，主要分为：

AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）、RJ-45接口（双绞线接口）和光纤接口等

中继器（REPEATER）

⏹物理层

⏹放大信号

⏹补偿信号衰减

⏹支持远距离通信

中继器（REPEATER）

⏹中继器是连接网络线路的一种装置，它对网络中的信号起中继放大作用，补偿信号衰减，支持远距离的通信

⏹中继器工作于OSI模型的物理层

⏹中继器有以下缺点：

⏹增加了信号的延迟。

由于网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，所以中继器不可能将网络无限的延长。

⏹中继器不了解一个完整的帧，当信号在网段中转发时，中继器不能区分信号帧是否有效。

集线器（Hub）

v集线器（Hub）实际上是一种多端口的中继器。

v集线器工作于OSI模型的物理层。

v集线器的主要功能是对信号进行放大和整形。

v集线器的特点

⏹采用共享型模式。

⏹群发，即集线器在发送数据时，不管原数据来自何处，它会将所得到的数据发给其上的每一个端口。

v广播发送数据

（1）用户数据包向所有端口发送，不安全；

（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，降低了网络执行效率。

以太网交换机（EthernetSwitch）

v交换机工作于OSI模型的数据链路层，可以将其看作是一个智能的集线器

v交换机拥有一条很高带宽的背板总线和内部交换矩阵。

通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。

v交换机特点

v端口带宽的独享，多个端口对之间同时传输数据

v交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。

v能够学习并记忆MAC地址

v网络分段

v交换机转发信息的模式

v存储转发模式

v直通模式

v无碎片直通模式

决定局域网特征的主要技术

1.拓扑结构

⏹总线型、星型、环型

2.传输形式与传输介质

⏹传输形式

⏹传输介质

3.媒体（介质）访问控制方法

⏹ALOHA协议

⏹CSMA协议

⏹CSMA/CD协议

⏹令牌环（TokenRing）

⏹令牌总线（TokenBus）

介质访问控制方法

v局域网的介质访问控制方法的内容：

⏹网络的每个节点以何种方式将信息发送到传输介质；

⏹如何对传输介质上的信息进行接收并加以利用和控制。

v介质访问控制方法要解决以下几个问题

⏹该哪个结点发送数据？

⏹发送时会不会出现冲突？

⏹出现冲突怎么办？

ALOHA协议

v纯ALOHA

⏹用户有数据要发送时，可以直接发至信道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，则等待一段随机的时间重发。

⏹纯ALOHA协议的信道利用率不超过18.4%。

v时隙ALOHA

⏹将时间分为离散的时间片，用户每次必须等到下一个时间片才能开始发送数据，时间片为一个帧所需的发送时间。

从而避免了用户发送数据的随意性，减少冲突的可能性，提高了信道的利用率

⏹时隙ALOHA的信道利用率可以达到36%

CSMA协议

v发送站点在发送数据前进行载波侦听，然后再采取相应动作的协议，称其为载波侦听多路访问（CarrierSenseMultipleAccess，CSMA）协议

vCSMA协议有几种类型

v1-坚持CSMA（1-persistentCSMA）。

发现信道空闲，该站点立即发送数据；信道忙继续侦听。

v非坚持CSMA（nonpersistentCSMA）。

发现信道空闲，立即发送数据；信道忙等待一个随机时间。

vp-坚持CSMA（p-persistentCSMA）。

信道空闲，便以概率p发送数据，以概率1-p把数据发送推迟到下一个时间片；

vCSMA/CD的访问控制原理

数据发送过程中进行冲突检测。

称为CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetection带冲突检测的载波监听多路访问

CSMA/CD协议访问控制步骤

①如果传输介质空闲，就发送信息，否则就等待；

②在发送开始后的一段时间T内，监听总线，判断是否有冲突；

③在T时间内没有冲突，就获得对信道的使用权，继续发送信息，直到结束；

④在T时间内冲突，则停止发送，并发一个阻塞信号。

经过一个随机长度的时间段后，再从新开始步骤①

无效MAC帧

v802.3标准规定下列情况的即为无效的MAC帧：

⏹帧的长度与数据长度字段不一致；

⏹帧的长度不是整数个字节；

⏹用收到的帧校验序列FCS查出有差错；

⏹收到的帧的长度小于规定的最小值（64字节）。

对于无效MAC帧就不交给LLC子层。

但可以将出现无效MAC帧的情况通知网络管理。

令牌环（TokenRing）

v令牌环工作原理

⏹在令牌环网络中，传递一个称为“令牌（Token）”的帧，收到此令牌的节点，检查令牌是否闲置。

若为闲置则将数据填入令牌中，并设置为忙碌，接着将令牌传给下一个节点。

⏹由于令牌已经设置为忙，下一个节点只能将帧传下去，直到目的端，目的节点会将此帧内容接收，并置令牌为收到，传向下一个节点。

⏹当令牌绕了一圈回到源节点时，源节点清除令牌中的数据，将此令牌设置为闲置并传给下一个节点。

v令牌环是一种适用于环形网络分布式媒体的访问控制方法

v令牌传递的发送方式，可避免CSMA／CD的冲突问题，适用于传输量较大的网络。

v令牌传递还能提供优先权的管理。

令牌总线（TokenBus）

v令牌总线工作原理

⏹令牌总线访问控制方法是在物理总线上建立一个逻辑环。

v令牌总线是在综合了CSMA/CD协议与令牌环媒体访问控制方法的优点

v适用于重负载的网络中、数据发送的延迟时间确定。

但网络管理较为复杂

以太网技术

v以太网的发展

⏹1972年，施乐公司帕洛阿尔托研究中心梅特卡夫和他的同事们研制出了世界上第一套实验型的以太网系统，其数据传输率为2.94Mbps。

⏹1973年，梅特卡夫将其命名为以太网。

⏹1980年9月，Dec公司、英特尔（I